Materiales
SENSADO DE PEROXIDO DE HIDROGENO: DESARROLLO DE ELECTRODOS HIBRIDOS A PARTIR DE UNA TINTA ACUOSA DE
NANOTUBOS DE CARBONO
Garate, Octavio (1); Veiga, Lionel (1); Tancredi, Pablo (1,2), Medrano; Anahi (1); Monsalve, Leandro(1,2); Ybarra, Gabriel(1)
ogarate@inti.gob.ar
(1) Dto. Nanomateriales Funcionales-DT Micro y Nano Tecnologías-SOAC-GODTeI-INTI (2) CONICET-INTI.
Palabras Clave: Sensor de peróxido de hidrógeno; Nanotubos de carbono; Óxido cuproso;
Magnetita.
respecto al último requisito aún no ha habido
INTRODUCCIÓN
informes relevantes que aborden esta demanda
utilizando formulaciones hibridas a base de
La determinación precisa, simple y confiable de
nanotubos de carbono.
la concentración de peróxido de hidrógeno
(H2O2) involucra esfuerzos considerables de la
OBJETIVOS
comunidad de biosensores con el objetivo de establecer procedimientos de control sobre sus usos en la industria alimentaria, protección ambiental y áreas clínicas [1,2].
Desarrollar sensores electroquímicos en substratos flexibles a partir de una tinta de CNT. Evaluar la potencialidad y limitaciones de incorporar tanto enzimas u óxidos metálicos
Se han propuesto varios métodos analíticos como la quimioluminiscencia, fluorescencia,
como materiales complementarios electrocatalíticos sensibles a H2O2.
colorimetría y cromatografía para la detección de peróxido de hidrógeno. La detección electroquímica es una excelente alternativa para medir los niveles de peróxido de hidrógeno debido a su bajo costo, alta sensibilidad, alta selectividad, capacidades de miniaturización y rápido tiempo de respuesta.
DESARROLLO
Los electrodos híbridos fueron preparados sobre sustratos de plástico Valox™ mezclando dispersiones de una tinta de CNT, partículas de Cu2O con morfología variable o Fe3O4 según corresponda [3-5]. Los electrodos enzimáticos se prepararon inmovilizando HRP tras tratar a los
Una estrategia actual para desarrollar este tipo de plataformas de sensado propone el uso esquemas híbridos basados en enzimas (E) u
electrodos con plasma de oxígeno y 1-etil-3-(3dimetilaminopropil) carbodiimida (EDC) y Nhidroxisuccinimida (NHS).
óxidos metálicos (MO) junto con
Para las determinaciones electroquímicas se
nanomateriales a base de carbono como los
utilizó una lámina de Pt con un área de 5 cm2
nanotubos de carbono (CNT). La presencia de
como contraelectrodo y un electrodo de
nanotubos en la superficie del electrodo
plata/cloruro de plata (Ag|AgCl|1 M KCl) como
favorece la transferencia de electrones mientras
electrodo de referencia. Las mediciones
que la incorporación de E/MO actúa como
electroquímicas se realizaron con un poten-
agente catalítico de H2O2.
ciostato Teq4 (NanoTeq, Argentina).
La posibilidad de utilizar dichos preparados para desarrollar sensores electroquímicos impresos sobre sustratos flexibles es especialmente atractiva, ya que permite su uso como sensores portátiles. Sin embargo, el estado avanzado del desarrollo de sensores electroquímicos exige que las plataformas de detección presenten cifras analíticas de mérito notables (p.e., alta sensibilidad y bajos límites de detección) y características fisicoquímicas adecuadas para facilitar la transición entre la prueba de concepto de laboratorio y la obtención de un sensor impreso comercial. Con
RESULTADOS
En primera instancia, la formulación de acuosa de CNT fue caracterizada sobre ValoxTM presentando un comportamiento eléctrico capacitivo, con una resistencia de 600 Ω □−1. Mecánicamente la película presentó estabilidad frente al frote y remoción superficial ante el contacto con agua. Tras inmovilizar la HRP, los electrodos fueron probados para la detección de H2O2, utilizando hidroquinona como mediador redox, mostrando una tendencia creciente de valores de con el agregado del analito de interés (Fig. 1).
Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución-No Comercial- Sin Obra Derivada 4.0 (CC BY- NC-ND)
Figura 1. Dependencia lineal corriente medida a los 45 s con un potencial aplicado de -0,23 V frente a la concentración de H2O2. La pendiente obtenida representa la sensibilidad del sensor (57 µA cm-2 mM-1).
A raíz de la performance analítica presentada por este composite enzimático, se evaluó la posibilidad de reemplazar a la HRP mediante la incorporación de diversos materiales inorgánicos con propiedades rédox catalíticas, tales como Cu2O y Fe3O4. En el caso de Cu2O, aprovechando las condiciones flexibles de síntesis, se determinó la capacidad catalítica de 5 morfologías distintas, en tanto que el estudio electroquímico de Fe3O4 se realizó en base a las micropartículas de 300 nm, centrándose en la optimización de la formulación CNT-Fe3O4(Fig. 2).
Cu2 O
Materiales
(Abajo) Curva de sensibilidad optima para la formulacion de composites de CNT-Fe3O4.
Los resultados obtenidos permitieron establecer una comparativa entre las figuras de mérito de los sensores propuestos tal como indica la tabla 1. Se encontró que, si bien ambos materiales son potenciales candidatos como catalizadores electroquímicos de la reducción de H2O2, la facultad de sintonizar la morfología del Cu2O (y por ende optimizar su sensibilidad) se ve contrastada por su falta de estabilidad, lo que limita su usabilidad a largo plazo. Como resultado un sensor hibrido de CNT-Fe3O4 presenta todas las figuras de mérito electroquímicas (sensibilidad, límite de detección, estabilidad, especificidad) requeridas para el desarrollo de un potencial sensor comercial.
Electrodo Hexapodo
Sensibilidad
(µA cm-2 mM-1)
247
LOD
(mM)
0.13
%
Estabilidad
(15 dias)
50
Esfera
162
0.05
79
Octaedro
121
0.14
62
Cuboctaedro
84
0.25
53
Cubo
79
0.45
8
Fe3O4
1040
5.10-4
95
Tabla 1. Comparación de performance catalítica ante H2O2 para electrodos de CNT conteniendo partículas de Cu2O y Fe3O4.
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
Se han desarrollado exitosamente electrodos híbridos de CNT sobre sustratos flexibles (ValoxTM) sensibles a H2O2. Dadas sus destacadas figuras de merito y estabilidad mecanica tras la incorporacion de HRP o diversos óxidos metálicos (Cu2O, Fe3O4) resulta factible considerarlos un nanomaterial compuesto adecuado para el desarrollo futuro de electrodos impresos.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Chou et al. Journal of Food and Drug Analysis, 26 (2017), pp. 662-669. [2] Lee et al. ACS Appl. Mater. Interfaces, 9 (2017), pp. 16890-16899. [3] Garate et al. Journal of Electroanalytical Chemistry, 915 (2022), 1116372. [4] Veiga et al. Journal of Alloys and Compound., 847 (2020), p. 156449 [5] Garate et al. Mater. Res. Bull., 106 (2018), pp. 137-143.
Figura 2. (Arriba) Imagenes SEM correspondientes a las particulas de Cu2O (A-D) y Fe3O4 (F). Escala: 600 nm.
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